D-キシロースからダームス経路を介したグリコール酸産生のためのエンジニアリング大腸菌およびグリオキシレートバイパス

グリコール酸（GA）は、特にポリマー形態の優れた特性により、化粧品、包装、および医療産業で使用される⍺ヒドロキシ酸です。この研究では、大腸菌は、ダームス経路、グリオキシレートバイパス、および部分逆グリオキシレート経路（RGP）をリンクすることにより、D-キシロースからGAを生成するように設計されました。当初、GA産生株は、大腸菌ゲノムのXylabおよびGLCD遺伝子を破壊し、Caulobacter crescentusのXDH（CC）を過剰発現することにより構築されました。この株は、ダームス経路とグリオキシレートバイパスのモジュール式最適化により、さらに改善されました。モジュール1の結果は、DAHMS経路の速度制限ステップがキシロネートデヒドラターゼ反応であり、YAGFの過剰発現がこのボトルネックを克服するのに十分であることを示しました。さらに、モジュール1に適したアルドラーゼ遺伝子はYageであることが証明されました。結果はまた、GA産生を増加させるためにラクトルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子ALDAの過剰発現が必要である一方で、グリオキシレートレダクターゼ遺伝子YCDWの過剰発現がグリオキシル酸バイパスが活性である場合にのみ不可欠であることを示しています。一方、モジュール2酵素ACEAとACEKは、グリオキシレートバイパスを活性化する際に不可欠でしたが、RGP酵素は不可欠でした。最終株（GA19）は、D-キシロースから0.46 g/gの収率で4.57 g/L GAを生成しました。これまでのところ、これはDAHMS経路を介した設計された大腸菌のGA生産で達成された最高値です。

Glycolic acid (GA) is an ⍺-hydroxy acid used in cosmetics, packaging, and medical industries due to its excellent properties, especially in its polymeric form. In this study, Escherichia coli was engineered to produce GA from D-xylose by linking the Dahms pathway, the glyoxylate bypass, and the partial reverse glyoxylate pathway (RGP). Initially, a GA-producing strain was constructed by disrupting the xylAB and glcD genes in the E. coli genome and overexpressing the xdh(Cc) from Caulobacter crescentus. This strain was further improved through modular optimization of the Dahms pathway and the glyoxylate bypass. Results for module 1 showed that the rate-limiting step of the Dahms pathway was the xylonate dehydratase reaction, and the overexpression of yagF was sufficient to overcome this bottleneck. Furthermore, the appropriate aldolase gene for module 1 was proven to be yagE. The results also show that overexpression of the lactaldehyde dehydrogenase gene, aldA, is needed to increase the GA production while the overexpression of glyoxylate reductase gene, ycdW, was only essential when the glyoxylate bypass was active. On the other hand, the module 2 enzymes AceA and AceK were vital in activating the glyoxylate bypass, while the RGP enzymes were dispensable. The final strain (GA19) produced 4.57 g/L GA with a yield of 0.46 g/g from D-xylose. So far, this is the highest value achieved for GA production in engineered E. coli through the Dahms pathway.